Файл: Реферат по дисциплине "Химия в теплоэнергетике" " Биотопливо".docx
Добавлен: 09.11.2023
Просмотров: 71
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
РЕФЕРАТ
По дисциплине “Химия в теплоэнергетике”
“Биотопливо”
| | Выполнил: Студент Ахметшин Ф.М. Группа ГТУ-1-22 Проверил: Гильфанов Б.А. |
Казань 2023
ПЛАН
| ВВЕДЕНИЕ | ……………………………………………………………… | 3 | |
| ГЛАВА 1. | Виды биотоплива…………………………………………. | 5 | |
| 1.1. | Разновидности, характеристики и преимущества……… | 5 | |
| 1.2. | Международный рынок топливных гранул…………….. | 16 | |
| 1.3. | Экономические аспекты биодизеля из водорослей……. | 18 | |
| ГЛАВА 2. | Биотоплива в мире………………………………………... | 20 | |
| 2.1. | Тенденции производства биотоплива…………………… | 20 | |
| 2.2. | Использование жидкого топлива ………………………... | 21 | |
| 2.3. | Российский внутренний рынок биотоплива…………….. | 21 | |
| ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………….... | 23 | ||
| ЛИТЕРАТУРА…………………………………………………………….. | 24 | ||
ВВЕДЕНИЕ
Биото́пливо — топливо из растительного или животного сырья, из продуктов жизнедеятельности организмов или органических промышленных отходов.
Различается жидкое биотопливо (для двигателей внутреннего сгорания, например, этанол, метанол, биодизель), твёрдое биотопливо (дрова, брикеты, топливные гранулы, щепа, солома, костра, лузга) и газообразное (синтез-газ, биогаз, водород). 54—60 % биотоплива составляют его традиционные формы: дрова, растительные остатки и сушёный навоз для отопления домов и приготовления пищи. Их используют 38 % населения Земли.
Основной формой биотоплива в электроэнергетике являются пеллеты, производимые из древесины.
Транспортное биотопливо существует в основном как этанол и биодизель. В 2014 году этанол составлял 74 % рынка транспортного биотоплива, биодизель — 23 % (преимущественно в форме метиловых эфиров жирных кислот), гидрированное растительное масло (HVO) — 3 %. Эти виды топлива производятся из пищевого сырья. Этанол получают из сахарного тростника (61 %) и из зерна (39 %). Основными видами сырья для производства биодизеля являются соя и рапс. Попытки коммерциализации жидких биотоплив из источников, не конкурирующих с производством продуктов питания, пока не привели к статистически значимым рыночным результатам.
Растительное сырьё разделяют на поколения.
Сырьём первогопоколения являются сельскохозяйственные культурывысоким содержанием жиров, крахмала, сахаров. Растительные жиры перерабатываются в биодизель, а крахмалы и сахара — в этанол. С учётом непрямых изменений в землепользовании такое сырьё часто наносит больший ущерб климату, чем тот, которого удаётся избежать за счёт отказа от сжигания ископаемого топлива. Кроме того, его изъятие с рынка прямо влияет на цену пищевых продуктов. Почти всё современное транспортное биотопливо производится из сырья первого поколения, использование сырья второго поколения находится на ранних стадиях коммерциализации либо в процессе исследований.
Непищевые остатки культивируемых растений, траву и древесину называют вторым поколением сырья. Его получение гораздо менее затратно, чем у культур первого поколения. Такое сырьё содержит целлюлозу и лигнин. Его можно прямо сжигать (как это традиционно делали с дровами), газифицировать (получая горючие газы), осуществлять пиролиз. Основные недостатки второго поколения сырья — занимаемые земельные ресурсы и относительно невысокая отдача с единицы площади.
Третье поколение сырья — водоросли. Не требуют земельных ресурсов, могут иметь большую концентрацию биомассы и высокую скорость воспроизводства.
ГЛАВА 1. Виды биотоплива
1.1. Разновидности, характеристики и преимущества
Самой перспективной отраслью энергетики считается создание условий для использования возобновляемых ресурсов. Среди них видное место занимает топливо биологического типа. Изначальными компонентами для его изготовления нередко выступает растительная или животная биомасса, в т. ч. – отходы промышленности и продукты жизнедеятельности живых организмов. Для переработки этих материалов применяют термохимическую или биологическую технологию. Биологический метод предусматривается использование различных микроорганизмов.
Как любой другой материал, биологическое топливо имеет свои достоинства и недостатки.
К сильным сторонам относится:
Дешевизна. Несмотря на практически идентичные расценки на биотопливо и бензин, биологические разновидности при сжигании выделяют очень мало вредных выхлопов. Это позволяет использовать их в самых разных условиях, адаптируя к двигателям любых моделей. При этом двигатель работает в оптимальном режиме, сохраняя свою чистоту длительное время по причине малого числа сажи.
Мобильность. В этом отношении биологическое топливо заметно превосходит другие типы альтернативных энергоресурсов. К примеру, аккумуляторные батареи, используемые при работе солярного и ветрового оборудования, обычно размещают стационарно. Биологическое горючее без проблем можно транспортировать на любое расстояние.
Возобновляемость энергии. Как говорят эксперты, имеющихся на данный момент залежей сырой нефти достаточно для работы мировой промышленности еще на сотни лет. Однако рано или поздно этот ресурс все равно иссякнет. Биотопливо, которое получают из растительного и животного сырья, является постоянно возобновляемым источником.
Экологическая безопасность. Как известно, топливо на основе углеводородов при сжигании выделяет значительное количество углекислого газа. Это стало причиной парникового эффекта, спровоцировавшего глобальное потепление. Использование биологических веществ дает возможность сократить выбросы углекислоты на 65%. Кроме того, в составе биотоплива есть растительные компоненты, выводящие из воздуха оксид углерода.
Экономическая безопасность. Залежами углеводородов могут похвалиться далеко не все страны. Это создает условия, при которых многие государства вынуждены приобретать нефть или газ, вкладывая в это направление значительную часть национальных бюджетов. Что касается биологического горючего, то его производство можно наладить в любой стране. Таким образом появляется хорошая возможность создать новые рабочие места, что положительным образом сказывается на развитии местных экономик.
Технологии производства биотоплива постоянно совершенствуются, поэтому положительный эффект от использования данного вида горючего постоянно увеличивается. К примеру, ряд стран стало применять в качестве сырья планктон и водоросли.
Однако расширение масштабов изготовления биологического топлива встречает серьезные препятствия. В первую очередь это связано с ограничениями по выращиванию растений.
Перечень факторов, требующих учета при выращивании растений для выработки биомассы:
Водопользование. Чтобы добиться хорошего урожая, необходим хороший полив. В местностях с засушливым климатом это не всегда возможно.
Инвазивность. Растения, используемые для производства топлива, нередко отличаются агрессивностью. Заглушая местную флору, они могут повредить экосистему региона.
Удобрения. Выращивание культур под биотопливо предусматривает использование дополнительных питательных веществ для почвы. Это может стать угрозой для других растений.
Климатические условия. Не все местности имеют подходящий для выращивания биокультур климат.
В ходе активного выращивания растений происходит истощение почв. Если пренебрегать правилами агротехники, содержание полезных компонентов в составе грунта заметно уменьшится. Последствиями может стать обострение продовольственной проблемы и нарушение экосистемы. Внедрение производства биомассы, как правило, сопровождается расширением сельскохозяйственных территорий. Для этого приходится осваивать новые площади, что чревато нарушением микроэкосистем, вплоть до гибели некоторых видов растений и животных. Выращивание монокультур также встречает сложности. В целях увеличения урожайности производители засеивают участки определенными культурами. Такой подход негативно влияет на качество сельскохозяйственных угодий из-за изменений окружающей среды.
Поля, где высеян только один вид растений, атакуются обычно конкретными вредителями. Применяя для их уничтожения инсектициды и пестициды, производитель содействует выработку у насекомых иммунитета к этим средствам. По мнению ученых, лучшим вариантом избежать вышеописанные проблемы является использование биоразнообразие культур. На одном поле желательно высаживать несколько видов растений.
Первыми начали использовать традиционные сельскохозяйственные культуры с высоким содержанием жиров, крахмала, сахаров. Растительные жиры хорошо перерабатываются в биодизель. Растительные крахмалы и сахара перерабатываются на этанол. Однако такое сырье оказалось крайне неудобным: помимо затратного землепользования с истощением почв и высокими потребностями в обработке почв, удобрениях и пестицидах его изъятие с рынка прямо влияет на цену пищевых продуктов. Такое сырье относят к первому поколению.
Непищевые остатки культивируемых растений, травы и древесина стали вторым поколением сырья. Его получение гораздо менее затратно чем у культур первого поколения. Такое сырье содержит целлюлозу и лигнин. Его можно прямо сжигать (как это традиционно делали с дровами), газифицировать (получая горючие газы), осуществлять пиролиз. Основные недостатки второго поколения сырья — занимаемые земельные ресурсы и относительно невысокая отдача с единицы площади.
Третье поколение сырья — водоросли. Не требуют земельных ресурсов, могут иметь большую концентрацию биомассы и высокую скорость воспроизводства. В этом случае для изготовления биотоплива используют водоросли, выращиваемые в промышленных масштабах. Для этих целей традиционно задействуют открытые водоемы. Это достаточно перспективное направление, однако на сегодняшний день такие технологии находятся на стадии разработки. Также проводятся исследования по разработке методов получения биотопливо 4-го и 5-го поколения.
По агрегатному состоянию различают несколько видов топлива:
- Жидкую биомассу, которую обычно применяют для двигателей внутреннего сгорания.
- Твёрдое биотопливо, которое способно гореть, при условии, что топливо состоит из горючего (например, дерева) и окислителя, которым часто служит кислород воздуха.
- И последнее газообразное состояние- это биогаз, биоводород, метан.
Технологии производства различных видов биотоплива отличаются между собой, но выделяют общую схему производства такого топлива:
Дрова - древнейшее топливо, используемое человечеством. В настоящее время для производства дров или биомассы выращивают энергетические леса, состоящие из быстрооборачиваемых растений.
Щепа и другие виды древесных отходов, топливные гранулы и брикеты и прочие виды биомассы могут представлять собой высокоэффективное, экологически чистое, возобновляемое и экономичное топливо. Однако, к сожалению, в России традиционно недооценивался потенциал этого вида энергоносителей. Из-за дешевизны и кажущейся бесконечности ископаемого топлива, российские энергетики только в последние годы начали обращать свое внимание на очевидные факты, подтверждающие преимущества использования биотоплива. К ним относятся:
- Низкая стоимость топливной составляющей;
- Независимость от сетей, автономность;
- Автоматизация (по сравнению с углем);
- Экологическая чистота;
- Удобство в быту (по сравнению с углем, дровами и т.д.);
- Решение проблемы утилизации отходов биологического происхождения.
Энергетический лес — деревья и кустарники выращиваемые для энергетических нужд.
Выращиваются быстрорастущие культуры — эвкалипт, тополь, ива, и другие. Испытано около 20 различных видов растений — древесных, кустарниковых и травянистых, в том числе кукуруза и сахарный тростник. Каждые 4—7 лет деревья срезают и годовой урожай может составлять около 7 тонн/гектар. Собранная биомасса используется для производства тепловой и электрической энергии, может служить в качестве сырья для производства жидких биотоплив.